Para ilmuwan yang menggunakan dua teleskop raksasa, satu di Bumi dan satu di luar angkasa, telah mendeteksi oksigen di galaksi paling kuno yang diketahui, sebuah lanskap bintang yang memancarkan cahaya hanya 300 juta tahun setelah Big Bang.
Galaksi ini, yang ditemukan dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) milik NASA pada tahun 2024, dinamai JADES-GS-z14-0. Dalam pengamatan baru yang melibatkan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) di Chili, dua kelompok peneliti secara terpisah tidak hanya mengukur jaraknya dengan presisi luar biasa, tetapi juga mengonfirmasi adanya sinyal yang menunjukkan keberadaan oksigen.
Penemuan ini, bersama dengan bukti lain yang terus bertambah, telah mengguncang komunitas penelitian, menantang pemahaman sebelumnya bahwa galaksi pada masa itu, ketika alam semesta baru berusia dua persen dari usianya yang sekarang, yaitu 13,8 miliar tahun, tidak akan memiliki banyak unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium.
Sebelum JWST, teleskop lain seperti Hubble dan simulasi komputer menyarankan bahwa oksigen, karbon, dan nitrogen baru terbentuk sekitar 200 hingga 400 juta tahun kemudian.
Studi baru yang dipublikasikan dalam Astronomy & Astrophysics dan The Astrophysical Journal menunjukkan bahwa galaksi jauh ini memiliki sekitar 10 kali lebih banyak unsur berat daripada yang diperkirakan, memaksa para ilmuwan untuk meninjau kembali bagaimana galaksi awal bisa terbentuk dan berevolusi begitu cepat.
“Sebelum JWST, kami terutama mengamati galaksi ‘dekat’ yang memberikan gambaran tentang alam semesta yang telah berkembang,” kata Stefano Carniani, peneliti di Scuola Normale Superiore di Italia dan penulis utama salah satu studi, kepada Mashable.
“Pemahaman kita tentang alam semesta awal didasarkan pada pengamatan ini, dan kami berasumsi bahwa skenario ini tetap tidak berubah sepanjang waktu kosmik.”
Perbedaan yang diamati para ilmuwan dalam perkembangan galaksi sekarang dibandingkan dengan masa lalu adalah bahwa gas, bahan bakar pembentukan bintang, mengalir secara terus-menerus dan stabil di galaksi masa kini, memungkinkan mereka tumbuh perlahan dalam jangka waktu yang panjang, kata Carniani.
Namun, pengamatan terhadap galaksi kuno seperti JADES-GS-z14-0 menunjukkan bahwa aliran gas jauh lebih kacau. Galaksi-galaksi ini tampaknya kadang-kadang mengumpulkan cadangan gas dalam jumlah besar.
“Jika hanya sebagian kecil gas yang berubah menjadi bintang, pertumbuhan dan evolusi mereka yang cepat menjadi tak terelakkan,” ujar Carniani.
Teori utama sebelumnya menyatakan bahwa bintang pertama, yang dikenal sebagai Population III stars, terbentuk di alam semesta awal, sebagian besar sebelum unsur yang lebih berat dari helium ada.
Bintang-bintang asli ini diyakini sangat masif, bercahaya, dan panas. Akhirnya, mereka mati dalam ledakan supernova dahsyat, melepaskan berbagai jenis unsur kimia baru.
Unsur-unsur berat terbentuk di inti bintang dan tersebar ke luar angkasa ketika bintang meledak. Ledakan ini akan menaburkan unsur-unsur berat pertama ke seluruh alam semesta, tetapi para astronom sebelumnya berpikir bahwa dibutuhkan beberapa generasi bintang sebelum galaksi kaya akan oksigen dan unsur-unsur lainnya dalam jumlah yang dapat dideteksi.
Namun, ada faktor lain yang perlu dipertimbangkan: bintang-bintang yang sangat masif tidak berumur panjang , paling lama hanya beberapa juta tahun, kata Sander Schouws, peneliti di Leiden Observatory di Belanda dan penulis utama studi lainnya, kepada Mashable. Itu mungkin menjelaskan bagaimana unsur-unsur berat bisa menyebar begitu cepat di galaksi pada masa itu.
Sejauh ini, JWST telah mengungkapkan bahwa banyak galaksi terang sudah ada sejak cosmic dawn, periode antara 100 juta hingga 1 miliar tahun setelah Big Bang.
Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa galaksi pada era ini mungkin lebih efisien dalam membentuk bintang, sehingga hanya menyisakan sedikit gas dan debu. Jika terlalu banyak gas, unsur-unsur berat akan terdilusi, membuatnya sulit dideteksi.
Teori lain menyatakan bahwa cahaya bintang yang kuat mengusir gas dan debu, membuat galaksi tampak lebih terang karena lebih sedikit materi yang menghalangi cahayanya.
Beberapa teori bahkan menyebutkan bahwa lubang hitam supermasif yang memancarkan jet energi besar bisa menjelaskan kecerahan galaksi ini, meskipun penelitian terhadap JADES-GS-z14-0 belum menemukan bukti keberadaan lubang hitam semacam itu.
Gambar-gambar galaksi kuno ini menunjukkan bahwa cahayanya tersebar di area seluas 1.600 tahun cahaya, yang mengindikasikan bahwa sebagian besar cahayanya berasal dari bintang muda, bukan dari konsentrasi emisi lubang hitam di pusatnya. Jika perkiraan ini benar, galaksi tersebut memiliki massa ratusan juta kali lebih besar dari Matahari.
Schouws menunjukkan faktor lain yang bisa memperumit interpretasi astronom tentang galaksi kuno ini: fenomena yang disebut bursty star formation, yang dapat membuatnya tampak berkembang lebih cepat daripada yang sebenarnya.
Dalam bursty star formation, galaksi menjadi sangat terang secara berkala. Ini bisa membuatnya tampak dalam satu momen seolah-olah berkembang pesat, padahal jika diukur dalam jangka waktu lebih lama, pertumbuhannya mungkin lebih stabil.
Tidak seperti Bima Sakti yang membentuk bintang dengan laju konstan, galaksi-galaksi ini menghasilkan bintang secara tidak teratur, dengan periode pembentukan bintang besar yang diikuti oleh masa stagnasi yang bisa berlangsung jutaan tahun.
Pemikirannya adalah bahwa sekumpulan bintang dari generasi yang sama terbentuk, kemudian mati dalam ledakan supernova beberapa juta tahun kemudian secara bersamaan. Gas dari ledakan ini bisa didaur ulang untuk membentuk bintang baru, tetapi prosesnya tidak selalu berlangsung dengan pola yang tetap.
“Ini adalah efek yang perlu kami perhitungkan,” kata Schouws, “tetapi itu bisa menjadi tantangan tersendiri.”
Scr/Mashable
